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基于RP技术的 快速模具制造(RT)2021/9/251概论n一一、模具工业生产特点：n1）是生产各种工业产品的重要工艺装备n据统计，用模具制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占6070;在电视机、计算机等电子产品中占80以上；在自行车、手表、洗衣机、冰箱等轻工产品中占85以上。n2）适宜用于制造各种批量大，形状复杂的零件。n3）金属模具制造精度要求严，前期开发时间长、成本高。n4）模具加工方法：NC机床和EDM(电火花）加工n5）模具材料：优质合金钢（模具钢）2021/9/2521.RP技术简介：光固法（光固法（光固法（光固法（SLStereolithographySLStereolithography）叠层法（叠层法（叠层法（叠层法（LOMLaminated Object ManufacturingLOMLaminated Object Manufacturing）激光选区烧结法（激光选区烧结法（激光选区烧结法（激光选区烧结法（SLSSelective Laser Sintering SLSSelective Laser Sintering）熔融沉积法（熔融沉积法（熔融沉积法（熔融沉积法（FDMFused Deposition ModelingFDMFused Deposition Modeling）三维印刷法（三维印刷法（三维印刷法（三维印刷法（3DPThree Dimensional Printing3DPThree Dimensional Printing）二基于二基于RP的技术快速模具制造的技术快速模具制造2021/9/253基于基于RP技术的快速模具制造技术的快速模具制造n模具是一种技术密集型产品，按传统机加工工艺生产，周期长、成本高。而基于RP技术的快速模具制造由于技术集成度高，从CAD数据到物理实体转换过程快，因而同传统的数控加工方法相比，制造周期仅为前者的1/31/10,生产成本也仅为1/31/5。2021/9/254 快速模具和传统模具对比快速模具和传统模具对比模具材料制作成本（美元/副）制作周期模具寿命（件）硅橡胶513天2050金属树脂合成材料2524天1000金属热喷涂3014周10003000钢（机加工）601618周 25000以上2021/9/255基于基于RP技术的快速模具制造技术的快速模具制造间接快速模具制造基于RP的软质模具基于RP的硬质模具硅胶制模法树脂制模法电铸金属喷涂EDM熔模铸造陶瓷型铸造2021/9/256直接法直接法:(1)LOM(铸模)(2)FMD(金属直接成形）间接法间接法:（1）硅橡胶模具（）硅橡胶模具（silicon mould)室温硫化硅橡胶在室温下直接浇铸成型，固化时间仅几个小时。这种材料肖氏硬度从2060不等，抗拉强度46MPa,抗撕裂强度为525KN/m。其特点是可直接从原型快速翻制模具，然后用聚氨酯材料浇灌样件。这种模具寿命为几十件。其样件性能可同ABS,PE(聚乙烯，PP(聚丙烯）等塑料类比。在外形上同工程塑料已无甚区别，可用于看样、投标、功能试验和远程制造服务。是商家进行新产品开发试制，进行市场竞争的有力武器。RT(快速模具制造快速模具制造)的主要工艺方法的主要工艺方法:2021/9/257真空浇铸成型机真空浇铸成型机2021/9/258(2)金属树脂模具金属树脂模具n金属树脂模一般为环氧树脂加金属粉（如铝粉、铁粉等）作填充材料，也有加石膏、水泥或增强纤维作填充料的。n这种简易模具也是用RP原型翻制而成，强度硬度和耐温性比硅橡胶模好。成功的例子为一汽用瑞士Ciba的高强度树脂设计制造了12套简易模具用于红旗轿车的改型试制。制造周期缩短了1/21/3,并节省了1000万元人民币。2021/9/259制模过程n(1)设计制作原型。n(2)原型表面处理。n原型表面必须进行光整处理，采用刮腻子、打磨等方法，尽可能提高原型光洁度。n(3)设计制作金属模框。n(4)选择和完善分型面。n(5)上脱模剂。n(6)浇注凹模。n(7)浇注凸模。n(8)分模。n在常温下浇注的模具，一般1 2 天就可基本固化定型，即能分模。n(9)取出原型及修模。2021/9/25102021/9/2511（3）金属喷涂模）金属喷涂模(metal-spraying mould)n该工艺的基本原理是将熔化的金属雾化后高速喷射沉积在基材上，形成一层薄壳。根据型材及喷涂材料不同可选用氧炔焰、等离子及电弧喷涂等。该工艺可选木材、塑料、石膏、树脂等进行喷涂，因此，利用RP原型翻制简易模具具有广泛的应用价值。2021/9/2512金属喷涂工艺金属喷涂工艺nMetal Arc-spray for Tooling2021/9/2513 金属喷涂法制模过程金属喷涂法制模过程2021/9/2514金属喷涂制模机金属喷涂制模机2021/9/2515（4）基于）基于RP的陶瓷型精密铸造的陶瓷型精密铸造nRP母模浸挂陶瓷浆料焙烧固化去除母模预热模壳浇注金属2021/9/2516n 用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法。陶瓷浆料由硅酸乙酯水解液和质地较纯、热稳定性较高的细耐火砂如电熔石英、锆英石、刚玉等混合而成。为使陶瓷浆料在短时间内结胶，常加入氢氧化钙或氧化镁作为催化剂。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，故称为陶瓷型。陶瓷型铸造是在普通砂型铸造基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型有两种类型-陶瓷型全由陶瓷浆料浇灌而成。其制作过程是先将模样固定于型板上，外套砂箱，再将调好的陶瓷浆料倒入砂箱，待结胶硬化后起模，经高温焙烧即成为铸型。陶瓷型铸造 ceramic mold casting2021/9/2517n采用衬套，在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型。衬套可用砂型，也可用金属型。用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料，在生产中应用较多。陶瓷型铸件表面粗糙度可达 R a 101.25微米，尺寸精度高达35级，能达到少无切削加工的目的。陶瓷型铸造生产周期短，金属利用率高。最大铸件可达十几吨，主要用于铸造大型厚壁精密铸件和铸造单件小批量的冲模、锻模、塑料模、金属模、压铸模、玻璃模等各种模具。陶瓷型铸造模具的使用寿命可与用机械加工方法制成的模具相媲美，而制造成本则比用机械加工方法制成的模具低。2021/9/2518（5）基于）基于RP的熔模铸造和消失法铸造的熔模铸造和消失法铸造n该法用SL法制成的原型代替蜡模进行精密铸造，在原型表面挂浆后干燥焙烧结壳随即进行浇铸；亦可将原型作成蜂窝状结构直接采用消失法铸造，因为光敏树脂可在1000C左右烧损气化。这就是美国的所谓Quickcast技术，该技术已成功地制成了很多航空用精密铸件。2021/9/2519（6）快速）快速EDM电极制造电极制造n1.电铸法制作铜电极。电铸机电铸机2021/9/2520电铸electroformingn利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。它是电镀的特殊应用。n把预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。n电铸的金属通常有铜、镍和铁3种,有时也用金、银、铂镍-钴、钴-钨等合金，但以镍的电铸应用最广。电铸层厚度一般为0.026毫米,也有厚达25毫米的。电铸件与原模的尺寸误差仅几微米。n电铸的主要用途是精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状模具及工件等，例如制作纸币和邮票的印刷版、唱片压模、铅字字模、玩具滚塑模、模型模具、金属艺术品复制件、反射镜、表面粗糙度样块、微孔滤网、表盘、电火花成型加工用电极、高精度金刚石磨轮基体等。n原模的材料有石膏、蜡、塑料、低熔点合金、不锈钢和铝等。原模一般采用浇注、切削或雕刻等方法制作，对于精密细小的网孔或复杂图案，可采用照相制版技术。非金属材料的原模须经导电化处理，方法有涂敷导电粉、化学镀膜和真空镀膜等。2021/9/25212021/9/2522（6）快速）快速EDM电极制造电极制造n n石墨电极研磨机石墨电极研磨机2.石墨电极快速制造石墨电极快速制造2021/9/2523石墨电极研磨机结构示意图石墨电极研磨机结构示意图1GET-5002341157891061滑台,2 研具,3 石墨,4 平动工作台,5 双偏心机构,6 控制柜,7 水箱,8 立柱,9 导轨,10 滚珠丝杠,11 电机2021/9/2524快速钢模制造生产流程快速钢模制造生产流程RP原型或样件三维研具石墨电极钢制模具振动研磨技术2021/9/2525快速钢模制造实例快速钢模制造实例(b)石墨电极(a)研具(c)钢模2021/9/2526拖拉机连杆锻模工艺品注塑模汽车车门冲压模（1：8）农用滴头注塑模快速模具制造实例快速模具制造实例2021/9/2527快速模具应用实例快速模具应用实例基于RP/RT的金属冲压模快速制造系统Rapid Manufacturing System for Sheet Metal Stamping DiesmodificationRP/RTtrial forming3D surface measurement of parts and diesError evaluationCADProduction Die2021/9/2528a)CAD model of dieb)SL rapid prototypec)Arc Metal Spray dies电弧金属喷涂电弧金属喷涂Process of dies fabrication for 1:5 Audi car-door冲压件快速模具制造实例冲压件快速模具制造实例2021/9/2529Rapid Development Process of Bumper-fix-plate for Flyer Cara)SL prototype b)AMS matrix c)AMS punch d)stamped partStamping dies and part of front fender of Auto cara)Master model b)AMS matrix c)AMS punch d)Stamped part汽车冲压件快速制造汽车冲压件快速制造注：注：AMS-Arc Metal Spraying 电弧金属喷涂法电弧金属喷涂法2021/9/2530农用节水滴头快速开发农用节水滴头快速开发CAD modelRP machineIntegralRP partInjection mold2021/9/2531农用节水滴头农用节水滴头2021/9/2532